KR20120096945A

KR20120096945A - 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법

Info

Publication number: KR20120096945A
Application number: KR1020127020114A
Authority: KR
Inventors: 게이이치 시라이시
Original assignee: 미츠비시 쥬고교 가부시키가이샤
Priority date: 2010-02-12
Filing date: 2011-02-10
Publication date: 2012-08-31
Also published as: WO2011099552A1; JP2011163269A; EP2535539A1; CN102812221A

Abstract

노즐부의 소형화를 도모함과 함께, 노즐부에 의해 소비되는 연료를 저감시키는 것. 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 과급기에 의해 구동되어 발전을 실시하는 발전부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전부에 있어서의 발전량을 증감시키도록 하였다.

Description

선박용 내연 기관 및 그 운전 방법{MARINE INTERNAL COMBUSTION ENGINE AND OPERATING METHOD THEREOF}

본 발명은, 특히 2 사이클 저속 디젤 기관에 적용하기에 적합한 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법에 관한 것이다.

최근 환경 보전에 대한 관심 고조에 따라, 선박에 있어서의 주기 (主機), 예를 들어, 2 사이클 저속 디젤 기관으로부터 배출되는 배기 가스에 함유되는 질소 산화물 (이하, 「NOx」라고 표기한다) 을 삭감시킬 필요성이 생기고 있다. NOx 삭감을 도모하기 위해서는, 디젤 기관의 배기 가스를 탈초 (脫硝) 촉매에 통과시키는 방법이 일반적으로 알려져 있다 (예를 들어, 특허문헌 1 및 2 참조).

여기서, 탈초 촉매로는, 암모니아 등을 환원제로 하여 질소로 환원시키는 선택적 환원법 (SCR 법) 에 기초하는 촉매가 일반적으로 사용되고 있다.

일본 특허공보 평07-006380호 일본 공개특허공보 평05-288040호

그러나, 상기 서술한 바와 같은 2 사이클 저속 디젤 기관으로서, 과급기 터빈을 구비한 것의 경우에는, 과급기 터빈으로부터 배출된 배기 가스의 온도는 300 ℃ 이하가 된다.

일반적으로, 탈초 촉매에 있어서의 NOx 의 환원 반응은, 300 ℃ 내지 320 ℃ 보다 높은 온도에서 실시되는 것이 바람직하고, 이것보다 저온의 배기 가스를 탈초 촉매에 통과시키면, 탈초 촉매가 단시간에 열화되거나, NOx 저감 효과가 낮아지거나 한다는 문제가 있었다.

상기 서술한 문제를 해결하기 위해서, 2 사이클 저속 디젤 기관과 과급기 터빈 사이에 탈초 촉매를 배치하여, 바꾸어 말하면, 과급기 터빈의 입구 상류측에 탈초 촉매를 배치하여, 탈초 촉매에 온도가 저하되기 전의 고온의 배기 가스를 도입하는 방법이 알려져 있다.

그러나, 과급기 터빈의 입구 상류측에 탈초 촉매를 배치하면, 탈초 촉매는 열용량을 가져 완충부로서 작용하기 때문에, 디젤 기관에 있어서의 기동시나 정지시 등과 같이 과도적으로 부하가 변동했을 경우에, 과급기 터빈의 회전수가 부하의 변동에 추종하지 않거나, 또는, 늦는다는 문제가 있었다.

그 한편으로, 과급기 터빈의 하류측에 탈초 촉매를 배치함과 함께, 과급기 터빈과 탈초 촉매 사이에 연료를 연소시키는 버너를 배치하여, 탈초 촉매에 도입되는 배기 가스의 온도를 높이는 방법도 생각할 수 있다.

그러나, 버너에서 연소된 연료의 에너지는, 배기 가스의 온도 상승에만 사용되고, 회수되지 않고 계외로 방출되기 때문에, 유효하게 이용되고 있지 않다는 문제가 있었다.

그래서, 상기 문제를 해결하기 위해, 디젤 기관의 연소실과 과급기 사이에 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시켜, 배기 가스의 온도를 상승시키는 버너부를 구비한 탈초부가 부착된 내연 기관이 제안되어 있다.

그러나, 이와 같은 탈초부가 부착된 내연 기관을 선박에 탑재하고, 예를 들어, 주기용의 내연 기관으로서 사용하여, 도 8 에 나타내는 바와 같이, 당해 내연 기관에 의한 발전량을, 과급기에 흡입되는 (빨려 들어가는) 공기의 온도 변화에 관계없이 일정하게 한 경우, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 높아지면, 과급기로부터 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력 (소기 압력) 이 감소되고, 한편, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 낮아지면, 과급기로부터 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 증가한다. 그 결과, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 높아지면, 연소실에서 발생하는 배기 가스 및 (복수의 연소실로부터 배기관을 개재하여 배출된 배기 가스가 유입되는) 배기 집합부에 유입되는 배기 가스의 온도가 상승한다. 한편, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 낮아지면, 연소실에서 발생하는 배기 가스 및 배기 집합부에 유입되는 배기 가스의 온도가 낮아진다. 그 때문에, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 높은 경우에는, 버너부의 노즐부로부터 소량의 연료를 분출시켜, 버너부의 노즐부로부터 분사된 소량의 연료를 연소시키게 된다. 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 낮은 경우에는, 버너부의 노즐부로부터 다량의 연료를 분출시켜, 버너부의 노즐부로부터 분사된 다량의 연료를 연소시키게 되어, 버너부의 노즐부로는, 결국, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 낮은 경우에 다량의 연료를 분출시킬 수 있는 대용량 (대형) 의 것이 필요하게 된다. 또, 과급기에 흡입되는 공기의 온도가 낮은 경우에는, 버너부의 노즐부로부터 다량의 연료가 분출되게 되므로, 다량의 연료가 필요하게 된다.

본 발명은, 상기의 과제를 해결하기 위해서 이루어진 것으로서, 노즐부의 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 노즐부에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있는 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은, 이하의 수단을 제공한다.

본 발명의 제 1 양태에 관련된 선박용 내연 기관의 운전 방법은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 과급기에 의해 구동되어 발전을 실시하는 발전부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전부에 있어서의 발전량을 증감시키도록 하였다.

본 발명의 제 2 양태에 관련된 선박용 내연 기관은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 과급기에 의해 구동되어 발전을 실시하는 발전부를 구비한 선박용 내연 기관으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전부에 대해, 발전량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명의 제 3 양태에 관련된 선박용 내연 기관의 운전 방법은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이로부터 분기된 상기 배기 가스가 유도되고, 유도된 상기 배기 가스에 기초하여 발전을 실시하는 발전 터빈부와, 그 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키도록 하였다.

본 발명의 제 4 양태에 관련된 선박용 내연 기관은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이로부터 분기된 상기 배기 가스가 유도되고, 유도된 상기 배기 가스에 기초하여 발전을 실시하는 발전 터빈부와, 상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 조절부에 대해, 상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명의 제 5 양태에 관련된 선박용 내연 기관의 운전 방법은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 연소실 및 상기 버너부의 사이로부터 상기 배기 가스의 일부를 분기시켜, 상기 과급기 및 상기 탈초부 사이에 유입시키는 바이패스부와, 그 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키도록 하였다.

본 발명의 제 6 양태에 관련된 선박용 내연 기관은, 공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과, 그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와, 그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와, 상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와, 상기 연소실 및 상기 버너부의 사이로부터 상기 배기 가스의 일부를 분기시켜, 상기 과급기 및 상기 탈초부 사이에 유입시키는 바이패스부와, 그 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관으로서, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 조절부에 대해, 상기 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있다.

본 발명의 상기 각 양태에 관련된 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법에 의하면, 연소실에서 발생하는 배기 가스 및 배기 집합부에 유입되는 배기 가스의 온도가, 예를 들어, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 일정하게 유지되게 되므로, 버너부의 노즐부로부터 분사되는 연료의 양을, 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 (거의) 일정하게 유지할 수 있어, 노즐부에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있음과 함께, 노즐부의 소형화를 도모할 수 있다.

본 발명에 관련된 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법에 의하면, 노즐부의 소형화를 도모할 수 있음과 함께, 노즐부에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있다는 효과를 발휘한다.

도 1 은, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 2 는, 도 1 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 3 은, 본 발명에 관련된 선박용 내연 기관의 운전 방법을 설명하기 위한 도표이다.
도 4 는, 본 발명의 제 2 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 5 는, 도 3 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 6 은, 본 발명의 제 3 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도이다.
도 7 은, 도 5 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도이다.
도 8 은, 종래의 탈초부가 부착된 내연 기관의 운전 방법을 설명하기 위한 도표이다.

〔제 1 실시형태〕

이하, 본 발명의 제 1 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관 및 그 운전 방법에 대해, 도 1 내지 도 3 을 참조하여 설명한다.

도 1 은, 본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도, 도 2 는, 도 1 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도, 도 3 은, 본 발명에 관련된 선박용 내연 기관의 운전 방법을 설명하기 위한 도표이다.

본 실시형태에서는, 주로 선박의 주기로서 사용되는 2 사이클 저속 디젤 기관에 본 발명에 관련된 선박용 내연 기관 (탈초부가 부착된 선박용 내연 기관) (1) 을 적용하여 설명한다.

선박용 내연 기관 (1) 에는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 실린더부 (2C) 와, 피스톤부 (2P) 와, 배기 집합부 (3) 와, 버너부 (4) 와, 과급기 (5) 와, 발전부 (6) 와, 탈초부 (7) 와, 제어부 (8) 가 주로 형성되어 있다.

실린더부 (2C) 및 피스톤부 (2P) 는, 연소실 (2) 을 구성하는 것이다.

연소실 (2) 은, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 과급기 (5) 에 의해 과급된 공기가 공급되는 흡기관 (21), 및 연료의 연소에 의해 발생한 배기 가스를 배출하는 배기관 (22) 이 접속되어 있다. 또한 실린더부 (2C) 에는, 연소실 (2) 의 내부에 연료를 분출하는 연료 노즐 (도시 생략) 이 형성되어 있다.

배기관 (22) 에 있어서의 연소실 (2) 에 대한 개구부에는, 당해 개구부를 개폐하는 배기 밸브 (23) 가 배치되어 있다.

또한, 실린더부 (2C) 및 피스톤부 (2P) 의 구성으로는, 공지된 2 사이클 저속 디젤 기관의 구성을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

배기 집합부 (3) 는, 복수의 연소실 (2) 로부터 배기관 (22) 을 개재하여 배출된 배기 가스가 유입되는 유로로서, 이들 배기 가스가 합류하는 부분이다.

배기 집합부 (3) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 복수의 배기관 (22) 과, 1 개의 제 1 배기 유로 (31) 가 접속되어 있음과 함께, 버너부 (4) 가 형성되어 있다.

제 1 배기 유로 (31) 는, 배기 집합부 (3) 와 과급기 (5) 를 연결하는 유로로서, 배기 가스를 배기 집합부 (3) 로부터 과급기 (5) 로 유도하는 것이다.

버너부 (4) 는, 배기 집합부 (3) 의 내부에 연료를 분출하여 연소시켜, 배기 가스의 온도를 높이는 것이다.

버너부 (4) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 노즐부 (41) 와, 연료 조절 밸브 (42) 가 형성되어 있다.

노즐부 (41) 는, 공급된 연료를 배기 집합부 (3) 의 내부를 향하게 하여 분출시키는 것이다.

연료 조절 밸브 (42) 는, 노즐부 (41) 에 공급되는 연료의 유량을 조절하는 유량 조절 밸브이고, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (8) 로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여, 연료의 유량을 조절하는 것이다.

또한, 노즐부 (41) 및 연료 조절 밸브 (42) 의 구성으로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

과급기 (5) 는, 배기 가스가 갖는 열 에너지 등의 에너지를 이용하여 회전 구동력을 발생시키고, 당해 회전 구동력의 적어도 일부를 이용하여 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 과급을 실시하는 것이다.

과급기 (5) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스가 흐르는 제 1 배기 유로 (31), 및, 제 2 배기 유로 (51) 와, 과급된 공기가 흐르는 흡기관 (21) 이 접속되고, 또한 과급기 (5) 에 의해 회전 구동되는 발전부 (6) 가 형성되어 있다.

또한, 과급기 (5) 로는, 공지된 과급기를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

제 2 배기 유로 (51) 는, 과급기 (5) 와 탈초부 (7) 를 접속하는 유로이고, 배기 가스를 과급기 (5) 로부터 탈초부 (7) 로 유도하는 것이다.

발전부 (6) 는, 과급기 (5) 에 의해 회전 구동되어 발전을 실시하는 것이고, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제어부 (8) 로부터 입력되는 제어 신호에 기초하여, 발전량이 제어되는 것이다.

또한, 발전부 (6) 의 구성으로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

탈초부 (7) 는, 배기 가스에 함유되는 NOx 를 환원시키는 것이고, 내부에 NOx 를 환원시키는 촉매를 갖는 것이다.

또한, NOx 를 환원시키는 촉매로는, 공지된 촉매를 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

탈초부 (7) 에는, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스가 흐르는 제 2 배기 유로 (51) 와, 제 3 배기 유로 (71) 가 접속되어 있다. 제 3 배기 유로 (71) 는, 탈초부 (7) 로부터 유출된 배기 가스를 외부로 유도하는 유로이다.

제어부 (8) 는, 도 1 및 도 2 에 나타내는 바와 같이, 연료 조절 밸브 (42) 및 발전부 (6) 를 제어하는 것이다.

제어부 (8) 에는, 배기 가스 온도 센서 (52) 에 의해 측정된 배기 가스 온도와, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 공기의 압력이 입력되어 있다. 그 한편으로, 제어부 (8) 로부터는, 연료 조절 밸브 (42) 의 개도를 제어하는 제어 신호와, 발전부 (6) 에 있어서의 발전량을 제어하는 제어 신호가 출력되고 있다.

배기 가스 온도 센서 (52) 는, 제 2 배기 유로 (51) 에 배치된 온도 센서이고, 과급기 (5) 로부터 유출되어, 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스의 온도를 측정하는 센서이다.

공기 압력 센서 (25) 는, 흡기관 (21) 에 배치된 압력 센서이고, 과급기 (5) 에 의해 과급된 공기로서, 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력을 측정하는 센서이다.

다음으로, 상기의 구성으로 이루어지는 선박용 내연 기관 (1) 에 있어서의 운전의 개략에 대해 설명한다.

선박용 내연 기관 (1) 이 운전되면, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 연소실 (2) 에 있어서 배기 가스가 발생하고, 연소실 (2) 로부터 배기관 (22) 을 개재하여 배기 집합부 (3) 에 배기 가스가 배출된다.

배기 집합부 (3) 의 내부에는, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 연료가 분출되어 연료가 연소된다. 배기 집합부 (3) 의 내부의 배기 가스는, 연료가 연소될 때에 발생한 열에 의해, 가열되어 온도가 상승한다.

가열된 배기 가스는 제 1 배기 유로 (31) 를 개재하여 과급기 (5) 에 공급되어, 과급기 (5) 의 배기 터빈 (도시 생략) 을 회전 구동시킨다. 배기 터빈과 동축에 배치된 압축기 (도시 생략) 는, 배기 터빈과 함께 회전 구동됨으로써, 외부로부터 공기를 흡입하여 승압한다. 바꾸어 말하면 공기를 과급한다. 과급된 공기는, 흡기관 (21) 을 개재하여 연소실 (2) 에 공급된다.

그 한편으로, 과급기 (5) 의 배기 터빈을 회전 구동시킨 배기 가스는, 배기 터빈을 회전 구동시킴으로써 소실된 에너지에 대응하여 온도가 저하되고, 온도가 저하된 상태에서 과급기 (5) 로부터 제 2 배기 유로 (51) 에 유출된다.

제 2 배기 유로 (51) 에 유입된 배기 가스는, 탈초부 (7) 에 유입되어 촉매와 접촉함으로써, 배기 가스에 함유되는 NOx 가 환원된다. 그 후, 배기 가스는, 탈초부 (7) 로부터 제 3 배기 유로 (71) 를 개재하여 외부로 배출된다.

다음으로, 제어부 (8) 에 의한 연료 조절 밸브 (42) 및 발전부 (6) 의 제어에 대해 설명한다.

제어부 (8) 에는, 배기 가스 온도 센서 (52) 에 의해 측정된 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스 온도의 측정 신호가 입력된다. 제어부 (8) 는, 입력된 측정 신호에 기초하여, 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스 온도가 소정 온도 범위, 예를 들어, 적어도 탈초부 (7) 의 촉매가 유효하게 작용하는 온도 이상의 온도인지의 여부를 판정한다.

탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스 온도가, 소정 온도 범위보다 낮은 온도인 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (8) 는, 당해 배기 가스 온도를 올리기 위해서 연료 조절 밸브 (42) 에 대해 밸브의 개도를 여는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 연료 조절 밸브 (42) 는 밸브 개도를 크게 하여, 노즐부 (41) 에 공급되는 연료의 유량을 증가시킨다. 그러자, 노즐부 (41) 로부터 분사되는 연료의 양이 증가되어, 배기 집합부 (3) 의 내부에서 발생하는 열량이 증가한다. 이로써, 배기 집합부 (3) 의 내부의 배기 가스의 온도가 상승하여, 그곳으로부터 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스의 온도도 상승한다.

그 한편으로, 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스 온도가, 소정 온도 범위보다 높은 온도인 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (8) 는, 당해 배기 가스 온도를 낮추기 위해서 연료 조절 밸브 (42) 에 대해 밸브 개도를 닫는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 연료 조절 밸브 (42) 는 밸브 개도를 작게 하여, 노즐부 (41) 에 공급되는 연료의 유량을 감소시킨다. 그러자, 노즐부 (41) 로부터 분사되는 연료의 양이 감소하여, 배기 집합부 (3) 의 내부에서 발생하는 열량이 감소한다. 이로써, 배기 집합부 (3) 의 내부의 배기 가스의 온도가 저하되어, 그곳으로부터 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스의 온도도 저하된다.

또한 제어부 (8) 에는, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력의 측정 신호가 입력된다. 제어부 (8) 는, 입력된 이 측정 신호에 기초하여, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 소정 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다.

여기서, 과급된 공기의 압력에 있어서의 소정 범위로는, 기관의 부하와 공기의 압력의 관계를 예시할 수 있고, 기관의 신뢰성과 연비가 허락하는 한, 가능한 한 낮은 압력을 설정함으로써, 버너부 (4) 의 연료 소비량과 노즐부 (41) 의 크기를 작게 할 수 있다.

연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 하회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (8) 는, 당해 공기의 압력을 증가시키기 위해서, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 감소시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 발전부 (6) 는 발전량을 감소시키고, 과급기 (5) 의 배기 터빈에서 발생한 회전 구동력 중, 발전부 (6) 에서 소비되는 회전 구동력의 비율이 감소한다. 그에 반해, 과급기 (5) 의 압축기에서 소비되는 회전 구동력의 비율이 증가한다. 그 때문에, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 증가한다.

그 한편으로, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 상회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (8) 는, 당해 공기의 압력을 감소시키기 위해서, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 증가시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 발전부 (6) 는 발전량을 증가시키고, 과급기 (5) 의 배기 터빈에서 발생한 회전 구동력 중, 발전부 (6) 에서 소비되는 회전 구동력의 비율이 증가한다. 그에 반해, 과급기 (5) 의 압축기에서 소비되는 회전 구동력의 비율이 감소한다. 그 때문에, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 감소한다.

또, 제어부 (8) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 과급기 (5) 에 흡입되는(빨려 들어가는) 공기의 온도에 기초하여, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 증감시키는 제어 신호를 출력한다. 즉, 제어부 (8) 는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 높아지면, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 감소시키는 제어 신호를 출력하고, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 낮아지면, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 증가시키는 제어 신호를 출력한다. 바꾸어 말하면, 제어부 (8) 는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력 (소기 압력) 이 일정 (본 실시형태에서는, 열대 지방을 항행하고 있을 때의 기관실 내의 온도 (예를 들어, 50 ℃) 에 대응하는 소기 압력) 해지도록, 발전부 (6) 에 대해 발전량을 증감시키는 제어 신호를 출력한다.

본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관 (1) 및 그 운전 방법에 의하면, 연소실 (2) 에 있어서 발생하는 배기 가스 및 배기 집합부 (3) 에 유입되는 배기 가스의 온도가, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 일정하게 유지되게 되므로, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 분사되는 연료의 양을, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 (거의) 일정하게 유지할 수 있어, 노즐부 (41) 에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있음과 함께, 노즐부 (41) 의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 버너부 (4) 에 있어서 연료를 연소시킴으로써, 과급기 (5) 에 유입되기 전의 배기 가스에 있어서의 온도가 높아진다. 이로써, 버너부 (4) 가 형성되어 있지 않은 경우와 비교하여, 배기 가스가 과급기 (5) 를 구동시킨 후에 유출되는 배기 가스의 온도가 높아진다. 그 때문에, 배기 가스가 유입되는 탈초부 (7) 에 있어서의 촉매의 온도도 높아져, 촉매의 열화를 방지할 수 있고, 선박용 내연 기관 (1) 으로부터 배출되는 NOx 의 삭감을 도모할 수 있다.

또한 과급기 (5) 와 탈초부 (7) 사이에 버너부 (4) 를 배치하여, 과급기 (5) 로부터 유출된 배기 가스의 온도를 높여 당해 가열된 배기 가스를 탈초부 (7) 에 유입시키는 방법과 비교하여, 가열된 배기 가스가 과급기 (5) 에 유입되고, 당해 배기 가스가 갖는 에너지의 일부를, 과급기 (5) 에 의한 공기의 과급에 사용하므로, 소비되는 연료의 에너지를 유효하게 이용할 수 있다.

나아가, 탈초부 (7) 에 유입되는 배기 가스의 온도에 기초하여 버너부 (4) 에 공급되는 연료의 유량을 제어함으로써, 탈초부 (7) 에 있어서의 촉매의 온도를 소정 범위 내로 조절할 수 있다. 그 때문에, 선박용 내연 기관 (1) 으로부터 배출되는 NOx 의 삭감을 보다 확실하게 도모할 수 있다.

나아가, 과급기 (5) 에 의해 발전부 (6) 를 구동시켜 발전을 실시함으로써, 가열된 배기 가스가 갖는 에너지의 일부는, 과급기 (5) 에 의한 공기의 과급에 이용됨과 함께, 전기 에너지로서 회수된다. 바꾸어 말하면, 배기 가스가 유입된 과급기 (5) 에서 발생한 회전 구동력의 일부는 발전에 이용되고, 나머지는 공기의 과급에 이용된다. 그 때문에, 소비되는 연료의 에너지를 더욱 유효하게 이용할 수 있다.

추가로 또, 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력에 기초하여, 발전부 (6) 에 있어서의 발전량을 제어함으로써, 과급기 (5) 에서 발생한 회전 구동력 중, 발전, 및 공기의 과급에 사용되는 비율이 제어된다. 그 때문에, 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력을 소정 압력 범위 내로 제어할 수 있다.

〔제 2 실시형태〕

다음으로, 본 발명의 제 2 실시형태에 대해 도 4 및 도 5 를 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 선박용 내연 기관의 기본 구성은, 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는, 발전부의 주변 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 도 4 및 도 5 를 이용하여 발전부의 주변 구성만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.

도 4 는, 본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도이다. 도 5 는, 도 4 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도이다.

또한, 제 1 실시형태와 동일한 구성 요소에는, 동일한 부호를 붙여 그 설명을 생략한다.

선박용 내연 기관 (탈초부가 부착된 선박용 내연 기관) (101) 에는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 실린더부 (2C) 와, 피스톤부 (2P) 와, 배기 집합부 (3) 와, 버너부 (4) 와, 과급기 (5) 와, 발전 터빈부 (160) 와, 탈초부 (7) 와, 제어부 (180) 가 주로 형성되어 있다.

또한, 본 실시형태에서는, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 가, 제 1 배기 유로 (31) 에 배치되어 있는 예에 적용하여 설명하지만, 제 1 실시형태와 마찬가지로, 배기 집합부 (3) 에 노즐부 (41) 가 형성되어 있어도 되고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

발전 터빈부 (160) 는, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 배기 집합부 (3) 로부터 분기된 배기 가스의 공급을 받아 발전을 실시하는 것이다.

발전 터빈부 (160) 에는, 바이패스 유로 (161) 와, 유량 조절 밸브 (조절부) (162) 와, 배기 터빈 (163) 과, 발전부 (6) 가 형성되어 있다.

바이패스 유로 (161) 는, 배기 집합부 (3) 와 배기 터빈 (163) 을 연결하는 유로이고, 배기 가스를 배기 집합부 (3) 로부터 배기 터빈 (163) 으로 유도하는 것이다. 바이패스 유로 (161) 에는, 유량 조절 밸브 (162) 가 배치되어 있다.

유량 조절 밸브 (162) 는, 바이패스 유로 (161) 를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절하는 것이다. 유량 조절 밸브 (162) 에는, 제어부 (180) 로부터 밸브의 개도를 제어하는 제어 신호가 입력되도록 구성되어 있다. 또한, 유량 조절 밸브 (162) 의 구성으로는, 공지된 구성을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

배기 터빈 (163) 은, 바이패스 유로 (161) 를 개재하여 공급된 배기 가스에 의해 회전 구동되는 것이고, 발전부 (6) 를 회전 구동시키는 것이다.

또한, 배기 터빈 (163) 으로는, 공지된 것을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

제어부 (180) 는, 도 4 및 도 5 에 나타내는 바와 같이, 연료 조절 밸브 (42) 및 유량 조절 밸브 (162) 를 제어하는 것이다.

제어부 (180) 에는, 배기 가스 온도 센서 (52) 에 의해 측정된 배기 가스 온도와, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 공기의 압력이 입력되어 있다. 그 한편으로, 제어부 (180) 로부터는, 연료 조절 밸브 (42) 의 개도를 제어하는 제어 신호와, 유량 조절 밸브 (162) 에 있어서의 배기 가스의 유량을 제어하는 제어 신호가 출력되고 있다.

다음으로, 상기의 구성으로 이루어지는 선박용 내연 기관 (101) 에 있어서의 운전의 개략에 대해 설명한다.

선박용 내연 기관 (101) 이 운전되면, 도 4 에 나타내는 바와 같이, 연소실 (2) 에 있어서 배기 가스가 발생하고, 연소실 (2) 로부터 배기관 (22) 을 개재하여 배기 집합부 (3) 에 배기 가스가 배출된다.

배기 집합부 (3) 에 있어서의 배기 가스의 일부는 바이패스 유로 (161) 에 유입되어, 배기 터빈 (163) 으로 유도된다. 배기 터빈 (163) 은 공급된 배기 가스에 의해 회전 구동되어, 발전부 (6) 에 회전 구동력을 전달한다. 발전부 (6) 는 회전 구동됨으로써 발전을 실시한다.

그 한편으로, 제 1 배기 유로 (31) 의 내부에는, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 연료가 분출되어 연료가 연소된다. 배기 집합부 (3) 로부터 제 1 배기 유로 (31) 에 유입된 배기 가스는, 연료가 연소할 때에 발생한 열에 의해, 가열되어 온도가 상승한다.

가열된 배기 가스는 제 1 배기 유로 (31) 로부터 과급기 (5) 에 공급되고, 과급기 (5) 의 배기 터빈 (도시 생략) 을 회전 구동시킨다. 배기 터빈과 동축에 배치된 압축기 (도시 생략) 는, 배기 터빈과 함께 회전 구동됨으로써 공기를 과급한다.

과급기 (5) 의 배기 터빈을 회전 구동시킨 배기 가스는, 배기 터빈을 회전 구동시킴으로써 소실된 에너지에 대응하여 온도가 저하되고, 온도가 저하된 상태에서 과급기 (5) 로부터 제 2 배기 유로 (51) 에 유출된다.

다음으로, 제어부 (180) 에 의한 연료 조절 밸브 (42) 및 유량 조절 밸브 (162) 의 제어에 대해 설명한다. 또한, 제어부 (180) 에 의한 연료 조절 밸브 (42) 의 제어에 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

제어부 (180) 에는, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기 압력의 측정 신호가 입력된다. 제어부 (180) 는, 입력된 이들 측정 신호에 기초하여, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 소정 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다.

연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 하회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (180) 는, 당해 공기의 압력을 증가시키기 위해서, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량을 감소시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 유량 조절 밸브 (162) 는 밸브 개도를 닫아, 배기 가스의 유량을 감소시켜, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 배기 터빈 (163) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 감소한다. 그에 반해, 과급기 (5) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 증가한다.

그 때문에, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 증가한다.

그 한편으로, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 상회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (180) 는, 당해 공기의 압력을 감소시키기 위해서, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량을 증가시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 유량 조절 밸브 (162) 는 배기 가스의 유량을 증가시켜, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 배기 터빈 (163) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 증가한다. 그에 반해, 과급기 (5) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 감소한다.

그 때문에, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 감소한다.

또, 제어부 (180) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 과급기 (5) 에 흡입되는 (빨려 들어가는) 공기의 온도에 기초하여, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량 (발전량) 을 증감시키는 제어 신호를 출력한다. 즉, 제어부 (180) 는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 높아지면, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량 (발전량) 을 감소시키는 제어 신호를 출력하고, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 낮아지면, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량 (발전량) 을 증가시키는 제어 신호를 출력한다. 바꾸어 말하면, 제어부 (180) 는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력 (소기 압력) 이 일정 (본 실시형태에서는, 열대 지방을 항행하고 있을 때의 기관실 내의 온도 (예를 들어, 50 ℃) 에 대응하는 소기 압력) 해지도록, 유량 조절 밸브 (162) 에 대해 배기 가스의 유량 (발전량) 을 증감시키는 제어 신호를 출력한다.

본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관 (101) 및 그 운전 방법에 의하면, 연소실 (2) 에 있어서 발생하는 배기 가스 및 배기 집합부 (3) 에 유입되는 배기 가스의 온도가, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 일정하게 유지되게 되므로, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 분사되는 연료의 양을, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 (거의) 일정하게 유지할 수 있어, 노즐부 (41) 에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있음과 함께, 노즐부 (41) 의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 발전 터빈부 (160) 에 배기 가스의 일부를 유도하여, 발전을 실시함으로써, 배기 가스가 갖는 에너지의 일부를, 과급기 (5) 에 의한 공기의 과급에 사용함과 함께, 전기 에너지로서 회수할 수 있다.

또한 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력에 기초하여, 발전 터빈부 (160) 로 유도되는 배기 가스의 유량을 조절함으로써, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 공기의 과급에 사용되는 배기 가스와, 발전에 사용되는 배기 가스의 비율이 조절되어, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력이, 소정 압력 범위 내로 제어된다.

나아가, 버너부 (4) 에 의해 배기 가스가 가열되기 전에 배기 가스의 분기를 실시함으로써, 가열 후에 분기되는 경우와 비교하여, 발전 터빈부 (160) 로 유도되는 배기 가스의 온도와, 바이패스 유로 (161) 주위의 분위기 온도 사이의 온도차를 작게 할 수 있다. 그 때문에, 배기 집합부 (3) 와 발전 터빈부 (160) 사이에 있어서의 배기 가스의 열손실을 억제할 수 있다.

〔제 3 실시형태〕

다음으로, 본 발명의 제 3 실시형태에 대해 도 6 및 도 7 을 참조하여 설명한다.

본 실시형태의 선박용 내연 기관의 기본 구성은, 제 1 실시형태와 동일하지만, 제 1 실시형태와는, 과급기의 주변 구성이 상이하다. 따라서, 본 실시형태에 있어서는, 도 6 및 도 7 을 이용하여 과급기의 주변 구성만을 설명하고, 그 밖의 구성 요소 등의 설명을 생략한다.

도 6 은, 본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관의 구성을 설명하는 모식도이다. 도 7 은, 도 6 의 제어부의 구성을 설명하는 블록도이다.

선박용 내연 기관 (탈초부가 부착된 선박용 내연 기관) (201) 에는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 실린더부 (2C) 와, 피스톤부 (2P) 와, 배기 집합부 (3) 와, 버너부 (4) 와, 과급기 (5) 와, 바이패스부 (260) 와, 탈초부 (7) 와, 제어부 (280) 가 주로 형성되어 있다.

바이패스부 (260) 는, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 배기 가스의 일부를, 과급기 (5) 를 우회하여 탈초부 (7) 에 공급하는 것이다.

바이패스부 (260) 에는, 바이패스 유로 (261) 와, 유량 조절 밸브 (조절부) (262) 가 형성되어 있다.

바이패스 유로 (261) 는, 배기 집합부 (3) 와 제 2 배기 유로 (51) 를 연결하는 유로이고, 배기 가스를 배기 집합부 (3) 로부터 탈초부 (7) 로 유도하는 것이다. 바이패스 유로 (261) 에는, 유량 조절 밸브 (262) 가 배치되어 있다.

유량 조절 밸브 (262) 는, 바이패스 유로 (261) 를 흐르는 배기 가스의 유량을 조절하는 것이다. 유량 조절 밸브 (262) 에는, 제어부 (280) 로부터 밸브의 개도를 제어하는 제어 신호가 입력되도록 구성되어 있다.

또한, 유량 조절 밸브 (262) 의 구성으로는, 공지된 구성을 사용할 수 있고, 특별히 한정되는 것은 아니다.

제어부 (280) 는, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 연료 조절 밸브 (42) 및 유량 조절 밸브 (262) 를 제어하는 것이다.

제어부 (280) 에는, 배기 가스 온도 센서 (52) 에 의해 측정된 배기 가스 온도와, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 공기의 압력이 입력되어 있다. 그 한편으로, 제어부 (280) 로부터는, 연료 조절 밸브 (42) 의 개도를 제어하는 제어 신호와, 유량 조절 밸브 (262) 에 있어서의 배기 가스의 유량을 제어하는 제어 신호가 출력되고 있다.

다음으로, 상기의 구성으로 이루어지는 선박용 내연 기관 (201) 에 있어서의 운전의 개략에 대해 설명한다.

선박용 내연 기관 (201) 이 운전되면, 도 6 에 나타내는 바와 같이, 연소실 (2) 에 있어서 배기 가스가 발생되고, 연소실 (2) 로부터 배기관 (22) 을 개재하여 배기 집합부 (3) 에 배기 가스가 배출된다.

배기 집합부 (3) 에 있어서의 배기 가스의 일부는 바이패스 유로 (261) 에 유입되어, 제 2 배기 유로 (51) 로 유도된다.

그 한편으로, 제 1 배기 유로 (31) 의 내부에는, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 연료가 분출되어, 연료가 연소된다. 배기 집합부 (3) 로부터 제 1 배기 유로 (31) 에 유입된 배기 가스는, 연료가 연소될 때에 발생한 열에 의해, 가열되어 온도가 상승한다.

제 2 배기 유로 (51) 에 유입된 배기 가스는, 바이패스 유로 (261) 를 흘러 온 배기 가스와 합류한 후, 탈초부 (7) 에 유입되어 촉매와 접촉함으로써, 배기 가스에 함유되는 NOx 가 환원된다. 그 후, 배기 가스는, 탈초부 (7) 로부터 제 3 배기 유로 (71) 를 개재하여 외부로 배출된다.

다음으로, 제어부 (280) 에 의한 연료 조절 밸브 (42) 및 유량 조절 밸브 (262) 의 제어에 대해 설명한다. 또한, 제어부 (280) 에 의한 연료 조절 밸브 (42) 의 제어를 대해서는, 제 1 실시형태와 동일하기 때문에, 그 설명을 생략한다.

제어부 (280) 에는, 공기 압력 센서 (25) 에 의해 측정된 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기 압력의 측정 신호가 입력된다. 제어부 (280) 는, 입력된 이들 측정 신호에 기초하여, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이 소정 범위 내에 있는지의 여부를 판정한다.

연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 하회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (280) 는, 당해 공기의 압력을 증가시키기 위해서, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량을 감소시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 유량 조절 밸브 (262) 는 밸브 개도를 닫아, 배기 가스의 유량을 감소시켜, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 바이패스 유로 (261) 에 유입되는 배기 가스의 비율이 감소한다. 그에 반해, 과급기 (5) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 증가한다.

그 한편으로, 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력이, 소정 범위보다 상회하는 것으로 판정된 경우에는, 제어부 (280) 는, 당해 공기의 압력을 감소시키기 위해서, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량을 증가시키는 제어 신호를 출력한다.

당해 제어 신호가 입력된 유량 조절 밸브 (262) 는 배기 가스의 유량을 증가시켜, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 바이패스 유로 (261) 에 유입되는 배기 가스의 비율이 증가한다. 그에 반해, 과급기 (5) 에 공급되는 배기 가스의 비율이 감소한다.

또, 제어부 (280) 는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 과급기 (5) 에 흡입되는 (빨려 들어가는) 공기의 온도에 기초하여, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량 (소기 압력) 을 증감시키는 제어 신호를 출력한다. 즉, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 높아지면, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량 (소기 압력) 을 증가시키는 제어 신호를 출력하고, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도가 낮아지면, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량 (소기 압력) 을 감소시키는 제어 신호를 출력한다. 바꾸어 말하면, 제어부 (280) 는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 과급된 공기의 압력 (소기 압력) 이 일정 (본 실시형태에서는, 열대 지방을 항행하고 있을 때의 기관실 내의 온도 (예를 들어, 50 ℃) 에 대응하는 소기 압력) 해지도록, 유량 조절 밸브 (262) 에 대해 배기 가스의 유량 (소기 압력) 을 증감시키는 제어 신호를 출력한다.

본 실시형태에 관련된 선박용 내연 기관 (201) 및 그 운전 방법에 의하면, 연소실 (2) 에 있어서 발생하는 배기 가스 및 배기 집합부 (3) 에 유입되는 배기 가스의 온도가, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 기관의 부하가 동일한 경우에는, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 일정하게 유지되게 되므로, 버너부 (4) 의 노즐부 (41) 로부터 분사되는 연료의 양을, 과급기 (5) 에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이 (거의) 일정하게 유지할 수 있어, 노즐부 (41) 에 의해 소비되는 연료를 저감시킬 수 있음과 함께, 노즐부 (41) 의 소형화를 도모할 수 있다.

또, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스의 일부는 바이패스 유로 (261) 에 유입되고, 나머지 배기 가스는, 버너부 (4) 에 있어서의 연료의 연소에 의해 가열된 후, 과급기 (5) 에 유입된다. 바이패스 유로 (261) 에 유입된 일부의 배기 가스는, 과급기 (5) 로부터 유출된 배기 가스와 함께 탈초부 (7) 에 유입된다. 그 때문에, 배기 가스의 일부를 바이패스시키지 않는 방법과 비교하여, 배기 가스를 소정 온도로 가열할 때에, 버너부 (4) 에서 연소시키는 연료의 양이 적어진다. 또한 과급기 (5) 에 유입되는 배기 가스의 유량을 조절함으로써, 과급기 (5) 의 회전수가 조절된다.

또한 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력에 기초하여, 유량 조절 밸브 (262) 에 있어서의 배기 가스의 유량을 제어함으로써, 연소실 (2) 로부터 배출된 배기 가스 중, 공기의 과급에 사용되는 배기 가스와, 바이패스 유로 (261) 에 유입되는 배기 가스의 비율이 조절되어, 과급기 (5) 로부터 연소실 (2) 에 공급되는 공기의 압력이, 소정 압력 범위 내로 제어된다.

1, 101, 201 : 선박용 내연 기관 (탈초부가 부착된 선박용 내연 기관)
2 : 연소실
4 : 버너부
5 : 과급기
6 : 발전부
7 : 탈초부
8, 180, 280 : 제어부
160 : 발전 터빈부
162 : 유량 조절 밸브 (조절부)
260 : 바이패스부
262 : 유량 조절 밸브 (조절부)

Claims

공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 과급기에 의해 구동되어 발전을 실시하는 발전부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전부에 있어서의 발전량을 증감시키도록 한 선박용 내연 기관의 운전 방법.
공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이로부터 분기된 상기 배기 가스가 유도되고, 유도된 상기 배기 가스에 기초하여 발전을 실시하는 발전 터빈부와,
그 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키도록 한 선박용 내연 기관의 운전 방법.
공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 연소실 및 상기 버너부의 사이로부터 상기 배기 가스의 일부를 분기시켜, 상기 과급기 및 상기 탈초부 사이에 유입시키는 바이패스부와,
그 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관의 운전 방법으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키도록 한 선박용 내연 기관의 운전 방법.
공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 과급기에 의해 구동되어 발전을 실시하는 발전부를 구비한 선박용 내연 기관으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 발전부에 대해, 발전량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있는 선박용 내연 기관.
공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이로부터 분기된 상기 배기 가스가 유도되고, 유도된 상기 배기 가스에 기초하여 발전을 실시하는 발전 터빈부와,
상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 조절부에 대해, 상기 발전 터빈부에 공급되는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있는 선박용 내연 기관.
공기와 연료의 공급을 받아 회전 구동력을 발생시킴과 함께 배기 가스를 배출하는 연소실과,
그 연소실로부터 배출된 상기 배기 가스에 구동되고, 상기 연소실에 공급하는 공기의 과급을 실시하는 과급기와,
그 과급기로부터 배출된 배기 가스에 함유되는 질소 산화물을 환원시키는 촉매를 갖는 탈초부와,
상기 연소실 및 상기 과급기 사이에 있어서, 상기 배기 가스에 연료를 분사하여 연소시키는 버너부와,
상기 연소실 및 상기 버너부의 사이로부터 상기 배기 가스의 일부를 분기시켜, 상기 과급기 및 상기 탈초부 사이에 유입시키는 바이패스부와,
그 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 조절하는 조절부를 구비한 선박용 내연 기관으로서,
기관의 부하가 동일한 경우에는, 상기 과급기에 흡입되는 공기의 온도 변화에 관계없이, 상기 과급기로부터 상기 연소실에 공급되는 과급된 공기의 압력이 일정해지도록, 상기 조절부에 대해, 상기 바이패스부를 흐르는 상기 배기 가스의 유량을 증감시키는 제어 신호를 출력하는 제어부를 구비하고 있는 선박용 내연 기관.